WPAN에서의 신속한 망 복구를 위한 능동적인 PNC 핸드오버방법 및 PNC Heart Beat 의 비컨 프레임 정렬 방식의 성능분석 = Performance of active PNC Handover and PNC Heart Beat based Beacon Alignment Schemes for Wireless PAN Systems

국문 초록 (Abstract)

일반적인 IEEE 802.15.3 WPAN에서는 피코넷을 관리하던 PicoNet Coordinator(PNC)가 비정상적으로 망을 떠나게 되거나, 두 개 이상의 피코넷들이 인접해 있을 때 각 PNC로부터 주기적으로 송신되는 비컨 프레임들 사이에 충돌이 발생하게 되면, 각 피코넷에 속한 단말들이 해당 비컨 프레임을 수신하지 못하게 되면서 피코렛의 동작이 와해되는 심각한 문제가 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여, 다음과 같은 두 가지의 방안을 제안하였다. 첫 번째는 PNC의 비정상적인 이탈에 대비하기 위해서 각 단말들이 능동적으로 프로브 프레임을 전송하여 해당 PNC의 동작여부를 확인하도록 함으로써 신속히 새로운 PNC를 선출하는 능동적 PNC 핸드오버 방법인 Active Seamless Coordinator Switching(ASCS) 방식이다. 두 번째는 밀집된 피코넷들의 각 PNC가 주기적으로 전송하는 비컨 프레임간의 충돌을 방지하기 위한 것으로써, 각 PNC들이 해당 피코넷의 수퍼프레임 정보를 수납한 Heart Beat(HB) 프레임을 비 주기적으로 전송하여 PNC의 비컨 프레임 송신시점을 조정하도록 함으로써 비컨 프레임간의 충돌을 방지하는 PNC Heart Beat 기반의 비컨 프레임 정렬(PNC HB based Beacon Alignment) 방식이다. 제안된 두 가지 방안에 대하여 모의실험을 통해 성능을 평가한 결과, 각 방식들은 유사한 기존 방식에 비해 피코넷의 와해기간을 단축시킬 수 있어, 각 단말이 겪는 프레임당 평균 지연시간과 수퍼프레임 별 전송효율이 향상됨을 확인하였다. 특히, 제안된 방식은 WPAN규격에서 허용되는 프레임들을 활용할 수 있으므로, 구현성이 높은 장점이 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

For the legacy IEEE 802.15.3 WPAN protocol, an unpredictable piconet coordinator(PNC) leaving from a piconet without a proper handoff procedure causes an absence of PNC, and thus the piconet gets collapsed. In addition, several beacons from PNCs in adjacent piconets may be collided on a device(DEV) located between those piconets. This beacon collision eventually makes the DEV leave from the piconet. To remedy these two problems, we here propose an Active Seamless Coordinator Switching(ASCS) scheme and a PNC HB based Beacon Alignment(PHBA) one. In the ASCS scheme, a PNC assigns a number of DEVs as next possible PNCs in sequence for provisioning against the abrupt breakdown of the current active PNC. Each nominated DEV proactively sends a probe frame to confirm the operation status of the active PNC. For the case of no response from the PNC, the nominated DEV tries to become a new PNC immediately. In the second PHBA scheme, each PNC is allow to broadcast a special Heart Beat(HB) frame randomly during a superframe period. When a DEV receives a HB frame from other PNC, it promptly sends the related PNCs a special Hiccup Beat(HCB) frame with the superframe information of its associated PNC. As a result, the HCB frame makes both PNCs align their superframe beginning time in order to yield no more beacon collisions. For these two proposed schemes, we show the performance by simulations. We can confirm the enhancement of throughput for each superframe and average frame transfer delay, since each scheme can reduce the duration of piconet collapse. Finally, it is worth while to note that the proposed schemes can be operated with frames those are permitted in the legacy WPAN standard.